TW200952046A - Group iii nitride semiconductor element and epitaxial wafer - Google Patents

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TW200952046A
TW200952046A TW098111534A TW98111534A TW200952046A TW 200952046 A TW200952046 A TW 200952046A TW 098111534 A TW098111534 A TW 098111534A TW 98111534 A TW98111534 A TW 98111534A TW 200952046 A TW200952046 A TW 200952046A
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TW
Taiwan
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hexagonal
semiconductor
wafer
plane
gan
Prior art date
Application number
TW098111534A
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English (en)
Inventor
Yusuke Yoshizumi
Yohei Enya
Masaki Ueno
Fumitake Nakanishi
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries
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Publication date
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200952046 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種III族氮化物半導體元件及蟲晶晶圓。 【先前技術】 於專利文獻1中，揭示有一種半導體發光元件。半導體 發光元件降低雷射振盪所需之臨限電流密度，包含難以產 生扭結之半導體層，同時於面發光半導體雷射中，固定光 之振動面，且抑制振動面之變動。 於專利文獻2中，揭示有由ΙΠ族氮化物半導體所製作之 發光二極體元件、半導體雷射元件、受光元件、電晶體。 於該等之III族氮化物半導體令，要求具有較大之A1組成及 高載體濃度之AlGaN層。於AlGaN層之成長中，A1原子之 表面擴散雖小，但亦促進了人丨原子之表面擴散。可無損結 晶品質，於具有1度至20度之GaN傾斜面之基板上成長具 有較大之A1組成及高載體濃度之AlGaN層。 先行技術文獻 專利文獻1 :日本專利特開平1 〇_丨3 5576號公報 專利文獻2:日本專利特開20〇2_16〇〇〇號公報 【發明内容】 發明所欲解決之問題 於專利文獻1中，活性層係包含具有單轴各向異性之半 導體’又’活性層之膜厚方向為與單軸各向異性之轴不同 之方向。1亥半導體發光元件係製作於包含⑴-20)面或(1_ 100)面之主面之基板上。又，基板之主面雖然能自該等之 139551.doc 200952046 面以〇度以上之傾斜角而傾斜，但 等，傾斜角之上限為！〇度。即，’主抑制雙晶之產生 及自a面及m面形成較小之傾斜角之面。面為a面、輯、以 理論推測半極性面可提供 去“+ 供顯不優異特性之發光元件，伸 未供給大口徑之晶圓。於專 仁 r图力^ 專利文獻2中所揭*之傾斜角之 範圍内’報告有限定之成膜實驗之結果。 自C面以大於專利文獻丨中所揭示之 之結晶面係盥c面、a面乃^ 、斜角之角度而傾斜 件^面a面及m面不同，即顯示出半極性。於 氮化錄系半導體中’為了利用半極性，要求相對於c面之 傾斜角大於專利文獻i中所揭*之角度範圍。 ^而’於GaN基板之類之包含六方晶系化合物之基板上 成長氮化鎵系半導趙層時’因六方晶系化合物之晶格常數 與氮化鎵系半導體層之晶格常數之差而導致於氮化嫁系半 導體層中產生應變。於氮化鎵系半導體層之成長令，若於 氮化鎵系半導體層中產生應變鬆弛，則會生成差排。根據 發明者們之研究，與於六方晶系化合物之典型之結晶面， 具體而言e面、a面及m面上之成長有所不同，於利:半極 性之氮化鎵系半導體元件中’存在應變鬆他得到抑制且可 降低差排產生之可能性。 本發明之目的係於利用半極性之氮化鎵系半導體中提 供一種抑制因應變鬆弛而產生差排之出族氮化物半導體元 件，又，本發明之目的係提供一種用於該m族氮化物半導 體元件之磊晶晶圓。 解決問題之技術手段 139551.doc 200952046 根據本發明之一側面’ III族氮化物半導體元件包含： (a)支持基體’其係包含主面，該主面係對於六方晶系化合 物之c面以大於10度小於80度之傾斜角傾斜，且包含該六 方晶系化合物；（b)半導體區域，其係包含半導體層，該半 導體層係設置於上述支持基體之上述主面上，且包含與上 述六方晶系化合物不同之六方晶系氮化鎵系半導體。上述 . 支持基體之上述六方晶系化合物之（0001)面與上述半導體 層之上述六方晶系氮化鎵系半導體之（0001)面之傾斜角為 +0.05度以上+2度以下、_〇〇5度以下_2度以上上述半導 體層之上述六方晶系氮化鎵系半導體為A1GaN& InGaN中 之任一者。 根據該III族氮化物半導體元件，於上述傾斜角之範圍之 支持基體中，支持基體之（0001)面與六方晶系氮化嫁系半 導體之（0001)面之傾斜角為0 05度以上、2度以下時，於六 方晶系氮化鎵系半導體中，應變鬆弛得到抑制，六方晶系 ❹ 氮化鎵系半導體中之差排密度增加得到抑制。 於本發明之III族氮化物半導體元件中，於穿透式電子束 繞射像中，上述支持基體之<0001>方向與上述六方晶系氮 、化鎵系半導體之<0001>方向不同。於該m族氮化物半導體 - 1件中’六方晶系氮化鎵系半導體於與支持基體之主面平 行之面内彈性應變，故應變鬆他之產生得到抑制，GaN之 <000丨>方向與六方晶系氮化鎵系半導體之<〇〇〇1>方向不 同。 本發明之m族氮化物半導體元件包含：⑷支持基體， 139551.doc 200952046 其係包含主面，該主面係對於六方晶系化合物之c面以大 於10度小於80度之傾斜角傾斜，且包含該六方晶系化合 物；（b)半導體區域’其係包含半導體層，該半導體層設置 於上述支持基體之上述主面上，且包含與上述六方晶系化 合物不同之六方晶系氮化鎵系半導體。於穿透式電子束繞 射像中，表示上述支持基體之上述六方晶系化合物之 <〇〇〇1>方向之第1轴沿著與表示上述六方晶系氮化鎵系半 導體之<0001〉方向之第2轴不同之方向延伸。 根據該III族氮化物半導體元件，於上述傾斜角之範圍之 支持基體中，當表示支持基體之<0001>方向之第丄軸沿著 與表示六方晶系氮化鎵系半導體之<0001>方向之第2轴不 同之方向延伸時，於六方晶系氮化鎵系半導體中應變鬆 弛得到抑制，可避免六方晶系氮化鎵系半導體中之差排密 度增加。 於本發明之III族氮化物半導體元件中，上述半導體積層 含有包含六方晶系氮化鎵系半導體之活性層，上述活性層 以來自上述活性層之光之峰值波長包含於400 nm以上550 nm以下之波長範圍内之方式設置，上述活性層包含_ 井層，該III族氮化物半導體元件可為發光二極體或半導體 雷射。於該III族氮化物半導體元件中，藉由抑制差排密度 增加，III族氮化物半導體元件之發光特性變得良好。 於本發明之III族氮化物半導體元件中，上述支持基體可 包含藍寶石、Sic及GaN中之任一者。於該m族氮化物半 導體元件中，包含上述材料之支持基體可利用應變鬆弛抑 13955 丨.doc 200952046 制。 於本發明之III族氮化物半導體元件中，上述支持基體可 ，含氮化鎵系半導體。上述主面顯示半極性。根據該職 氮化物半導體it件，支持基體及半導體層均係包含氣化錄 系半導體，故可於氮化鎵系半導體之支持基體上堆積良好 結晶品質之氮化鎵系半導體。 於本發明之III族氮化物半導體元件中，上述支持基體可 3有貝穿差排捃度1 X 1〇7 cm-2以下之氮化鎵系半導體區 域。根據該III族氮化物半導體元件，可於低差排之氮化鎵 系半導體區域上進行氮化鎵系半導體之堆積，源自基板之 差排較少’故難以產生應變鬆弛。 於本發明之III族氮化物半導體元件中，上述支持基體之 上述六方晶系化合物為GaN，上述傾斜角係由上述支持基 體之GaN之（0001)面與上述半導體層之上述六方晶系氮化 錄糸半導體之（0001)面所規定。 根據I亥III私氮化物半導體元件，可利用良質之GaN晶 圓’因此難以產生起因於源自基板之差排之應變鬆弛。 於本發明之III族氮化物半導體元件中，上述半導體層之 上述六方晶系氮化鎵系半導體可為InGaN。上述傾斜角係 由上述支持基體之GaN之（0001)面與上述半導體層之InGaN 之（0001)面所規定。根據該III族氮化物半導體元件，可降 低InGaN層之應變鬆弛產生。或於本發明之ΙΠ族氮化物半 導體元件中’上述半導體層之上述六方晶系氮化鎵系半導 體可為AlGaN。上述傾斜角係由上述支持基體之GaN之 139551.doc 200952046 (0001)面與上述半導體層之^⑽之⑽叫面所規定。根 據該III族氮化物半導體元件，可降mAiGaN層之應變鬆他 產生。 於本發明之III族氮化物半導體元件中，上述六方晶系氮 化鎵系半導體於與上述支持基體之上述主面平行之面内彈 性應變。該III族氮化物半導體元件藉由六方晶系氮化鎵系 半導體於與支持基體之主面平行之面内彈性應變，而可抑 制應變鬆弛。 於本發明之III族氮化物半導體元件中，上述支持基體可 包含藍寶石基板、Sic基板等。例如，上述支持基體可包 含A面之藍寶石基板與成長於該藍寶石基板上之GaN層。 本發明之其他側面之磊晶晶圓包含：（a)晶圓，其係包含 主面，該主面係對於六方晶系化合物之c面以大於1〇度小 於80度之傾斜角傾斜，且包含該六方晶系化合物；（b)半導 體區域，其係包含半導體層，該半導體層係設置於上述晶 圓之上述主面上，且包含與上述六方晶系化合物不同之六 方晶系氮化鎵系半導體。上述晶圓之上述六方晶系化合物 之（0001)面與上述半導體層之上述六方晶系氮化鎵系半導 體之（0001)面之傾斜角為+0 05度以上+2度以下、_〇 〇5度 以下-2度以上；上述半導體層之上述六方晶系氮化鎵系半 導體為AlGaN及InGaN中之任一者。 根據該磊晶晶圓’於上述傾斜角之範圍之晶圓中，當支 持基體之（0001)面與六方晶系氮化鎵系半導體之（0001)面 之傾斜角（絕對值）為0.05度以上2度以下之範圍時，於六方 139551.doc 200952046 晶系氮化鎵系半導體中，應變鬆弛得到抑制，可避免六方 s曰系氮化鎵系半導體中之差排密度增加。 於本發明之磊晶晶圓中，於穿透式電子束繞射像中，上 述晶圓之上述六方晶系化合物之<0001>方向與上述六方晶 f氮化鎵系半導體之<_卜方向不同。於該蟲晶晶圓中， 六方晶系氮化鎵系半導體於與晶圓之主面平行之面内彈性 應變古文應變鬆弛之產生得到抑制，六方晶系化合物之 <〇〇〇1>方向與六方晶系氮化鎵系半導體之<〇〇〇1>方向不 v 同。 本發明之磊晶晶圓包含：⑷晶圓，其係包含主面，該主 面係與六方晶系化合物之c面以大於10度小於80度之傾斜 角4員斜且包含该六方晶系化合物；（b)半導體區域，其係 C3半導體| ’該半導體層係設置於上述晶圓之上述主面 上’且包含與上述六方晶系化合物不同之六方晶系氮化鎵 系半導體。於穿透式電子束繞射像中’表示上述晶圓之上 Ο 述六方晶系化合物之<0〇〇1>方向之第1軸沿著與表示上述 六方晶系氮化鎵系半導體之<〇〇〇1>方向之第2軸不同之方 向延伸。 根據該层晶晶圓’於上述傾斜角之範圍之晶圓中，當六 方曰曰系化合物之<〇〇〇1>方向與六方晶系氮化鎵系半導體之 <_1>方向不同時’於六方晶系氮化鎵系半導體中，應變 他得到抑制，六方晶系氮化蘇系半導體中之差排密度增 加得到抑制。 X曰 於本發明之磊晶晶圓中，上述半導體區域含有包含六方 139551.doc 200952046 晶系氮化鎵系半導體之活性層，上述活性層之光致發光光 譜之峰值波長可處於4〇〇 nm以上550 nm以下之波長範圍 内。根據本發明，藉由抑制差排密度增加，可提供一種用 於良好發光特性之III族氮化物半導體元件之磊晶晶圓。 於本發明之蟲晶晶圓中’上述晶圓可包含藍寶石、Sic 及GaN中之任一者。根據該磊晶晶圓，包含上述材料之晶 圓可利用應變鬆弛抑制。 於本發明之蠢晶晶圓中，上述晶圓包含氮化鎵系半導 體，上述主面顯示半極性。根據該磊晶晶圓，支持基體及 半導體層均包含氮化鎵系半導體，故可於氮化鎵系半導體 之支持基體上堆積良好結晶品質之氮化鎵系半導體。 於本發明之磊晶晶圓中，上述晶圓可含有貫穿差排密度 IX 1〇7 cm-2以下之氮化鎵系半導體區域。根據該磊晶晶 圓，可於低差排之氮化鎵系半導體區域上進行氮化鎵系半 導體之堆積，源自晶圓之差排較少，故難以產生應變鬆 他0 於本發明之磊晶晶圓中，上述晶圓之上述六方晶系化合 物為GaN，上述傾斜角係由上述晶圓之GaN之（〇〇〇1)面與 上述半導體層之上述六方晶系氮化鎵系半導體之（〇〇〇1)面 所規定。 用於該磊晶晶圓，可利用良質之GaN晶圓，因此難以產 生起因於源自晶圓之差排之應變鬆弛。 於本發明之磊晶晶圓中，上述半導體層之上述六方晶系 氮化鎵系半導體為InGaN，上述傾斜角可由上述晶圓之 139551.doc -10- 200952046
GaN之（0001)面與上述半導體層之InGa]s^ (〇〇〇1)面所規 疋。根據該屋晶晶圓’可降低InGaN層之應變鬆弛產生。 或者，於本發明之磊晶晶圓中，上述半導體層之上述六方 η曰糸氮化蘇系半導體為AlGaN，上述傾斜角可由上述晶圓 之GaN之（0001)面與上述半導體層之AiGaN之（〇〇〇1)面所規 疋。根據該遙晶晶圓，可降低AlGaN層之應變鬆他產生。 於本發明之磊晶晶圓中，上述六方晶系氮化鎵系半導體 φ 於與上述晶圓之上述主面平行之面内彈性應變。該磊晶晶 圓藉由使六方晶系氮化鎵系半導體於與支持基體之主面平 行之面内彈性應變，可抑制磊晶晶圓中之應變鬆弛。 本發明之上述目的及其他目的、特徵、以及優點自參照 附圖所進行之本發明之下述實施形態之以下詳細描述中當 可更加容易明白。 發明之效果 如以上所說明，根據本發明之一側面，於利用半極性之 〇 氮化鎵系半導體中，可提供一種抑制因應變鬆弛而產生差 排之III族氮化物半導體元件。又，根據本發明之其他側 "T k i、種用於該in族氮化物半導體元件之蟲晶晶 圓。 * 【實施方式】 本發明之見解可藉由參照作為例示所示之隨附圖式，並 考慮以下之詳細闡述而容易地理解。繼而，一面參照隨附 圖j，一面對本發明之ΠΙ族氮化物半導體元件及磊晶晶圓 之實施形態加以說明。於可能之情形時，於相同部分標附 139551.doc •11- 200952046 相同符號。 關於a面及m面、以及自a面及m面形成較小傾斜角之面 之結晶成長，迄今為止已進行各種研究。然而，業者期望 關於氮化鎵系半導體之用以形成利用半極性之半導體元件 之六方晶系氮化鎵系半導體中之應變鬆弛之見解。該六方 晶系氮化鎵系半導體成長於包含六方晶系化合物之基板主 面上’ s玄基板主面相對於六方晶系化合物之c面，以大於 1〇度、小於80度之傾斜角而傾斜。 本實施形態之III族氮化物半導體元件包含：具有上述傾 · 斜角之支持基體、及設置於支持基體之主面上之半導體區 域。該半導體區域可為含有包含六方晶系氮化鎵系半導體 之半導體層的半導體積層。又，用以形成本實施形態之出 族氮化物半導體元件之磊晶晶圓包含：具有上述傾斜角之 晶圓、及設置於晶圓之主面上之半導體區域。該半導體區 域含有包含六方晶系氮化鎵系半導體之半導體臈。 當六方晶系化合物與半導體層之六方晶系氮化鎵系半導 體不同時’六方晶系化合物之晶格常數（例如e轴方向之晶 ❹ 格常數）與六方晶系氮化鎵系半導體之晶格常數（例如e軸方 向之晶格常數)不同。此時，六方晶系氮化鎵系半導體内 含起因於晶格常數差之應變。應變係於結晶内因構造缺％ . (例如差排）而產生鬆弛。然、而，差排之增加結果會使六$ ·
晶系氮化鎵系半導體之結晶品質降低。因此，業者期望扣 制差排之增加。 P 圖1係表示六方晶系化合物之晶格常數與六方晶系氮化 139551.doc •12· 200952046 錄系半導體之晶格常數之關係之圖式。於圖i所示之材料 中’六方晶系化合物之晶格常數係小於六方晶系氮化鎵系 半導體之晶格常數。圖1之（a)部分至⑷部分所示之向量c 表示六方晶系化合物之C軸之方向。參照符號SSUBc表示 六方晶系化合物中之C面。參照符號SLAYci表示六方晶系 氮化鎵系半導體中之C面。參照符號lla、ub、Uc表示包 ' 含六方晶系化合物之晶圓，參照符號13a、13b、13c表示 φ 包含六方晶系氮化鎵系半導體之半導體層。晶圓11a、 11b、llc之邊緣上之2點間之距離之最大值為45 mm以上。 晶圓11a、lib、11c之主面之面積例如為15cm2以上。 參照圖1之（a)部分時，準備包含顯示極性之〇面主面之晶 圓11a。六方晶系氮化鎵系半導體na係應堆積於該晶圓 11 a上者。六方晶系氮化鎵系半導體na中固有之晶格常數 DLAYP1大於晶圓1 la之六方晶系化合物固有之晶格常數 DSUBP。該晶格常數係藉由a軸方向或111轴方向而規定。 〇 參照圖1之部分時’準備包含顯示非極性之a面主面 (或m面主面）之晶圓lib。六方晶系氮化鎵系半導體131)係 應堆積於該晶圓lib上者。六方晶系氮化鎵系半導體nb之 晶格常數DLAYN1大於晶圓！ lb之六方晶系化合物之晶格常 ’ 數Dsubn。該晶格常數係藉由c轴方向而規定。 參照圖1之（c)部分時’準備包含顯示半極性之主面之晶 圓Π c。晶圓11 c含有包含該六方晶系化合物之主面，該主 面相對於六方晶系化合物之c面’以大於1 〇度、小於8〇度 之傾斜角而傾斜。六方晶系氮化鎵系半導體13c係應堆積 >3955l.d〇c 13 200952046 於該晶圓lie上者。於包含傾斜主面之晶圓Ue中無法使 用與基本晶格相關之基本晶格中之轴方向以圖】之⑷部分 及⑻。P刀所不之方式來表示晶格常數’但六方晶系氮化嫁 系半導體13c之基本晶格之尺寸DLAYh與晶圓山之六方晶 系化合物之基本晶袼之尺寸DSUBh2關係係與圖〗之⑷部 刀及（b)部分相同，滿足關係DLAYhi>DsUBh。 圖2係表示成長於六方晶系化合物之支持基體上之六方 晶系氮化鎵系+導體之半導體層之圖式。於_所示之材 料中，六方晶系化合物之晶格常數小於六方晶系氮化鎵系 半導體之晶格常數。圖2之⑷部分至⑷部分所示之向量〔 表不六方晶系化合物及六方晶系氮化鎵系半導體2c軸之 方向。右將六方晶系氮化鎵系半導體堆積於晶圓丨ia、 11 b、11 c上’則六方晶系氮化鎵系半導體丨3珏、丨3 b、j 3 ^ 固有之晶格常數會根據晶圓lla、Ub、nc之晶格常數而 產生變化’從而形成六方晶系氮化鎵系半導體15a、i5b、 15c °因此’六方晶系氮化鎵系半導體15&、i5b、i5c内含 應變。然而，於結晶成長中生成有所謂差排之晶格缺陷 時，因該生成而產生應變鬆弛，從而使結晶品質劣化。故 不希望產生應變鬆弛。 參照圖2之（c)部分時，顯示半極性之六方晶系氮化鎵系 半導體15c亦内含應變。應變於未鬆弛之狀態下殘留於六 方晶系氮化鎵系半導體15c内時，與成長於c面、a面及111面 上之六方晶系氮化鎵系半導體丨5^、i5b不同，晶圓lie之 結晶面、例如c面SSUBC，未平行於六方晶系氮化鎵系半 139551.doc 14- 200952046 導體15c之對應結晶面、例如(：面8£八¥〇，而是平行於參照 面SR1而延伸。該等c面之角度差如以下所說明可自藉由 X射線繞射測定之結果而進行估算。 於成長於晶圓1 lc上之六方晶系氮化鎵系半導體中生成 錢而產生應變鬆弛時’成長中所生成之差排之數量非常 多。此時，以六方晶系氮化鎵系半導體之結晶面例如c面 SLAYC平行於晶圓Ub之特定結晶面例如c面SSUBc而延伸 〇 之方式，作為應變鬆弛之結果，六方晶系氮化鎵系半導體 產生變形。例如，六方晶系化合物為GaN時，六方晶系氮 化錁系半導體為inGaN、InA1GaN等。InGaN之晶格常數依 存於銦組成，但亦大於GaN之晶格常數。 八方晶系氮化鎵系半導體i 5c亦内含應變時，即，差排 之生成非常少。此時，根據藉由χ射線繞射測定之結果進 仃判斷，於六方晶系氮化鎵系半導體15c中，與 參照面SR丨所成之傾斜角α(絕對值）為〇 〇5度以上。又傾 〇 斜角α(絕對值）為2度以下。例如，六方晶系氮化鎵系半導 體為InGaN，且晶圓11 c係包含GaN時，該傾斜角例如係藉 由晶圓11c之GaN之（0001)面與半導體層之InGaNi(〇〇〇i) 面而規定。InGaN層之應變鬆弛之產生得到降低，於六方 曰曰系氮化鎵系半導體15 c之成長中所增加之差排之數量非 常少。遍及晶圓11c之整個主面均滿足上述之傾斜角之關 係。為了滿足傾斜角之關係，In組成較好的是〇〇7以上， 又’較好的是0.35以下。 一面參照圖1及圖2一面所進行之說明，係例示性地表示 139551.doc -15- 200952046 堆積於晶圓1 lc上之包含六方晶系氮化鎵系半導體之單一 之半導體層而進行，應變之内含亦適合於晶圓llc上成長 包含複數個半導體層之半導體積層之構造。 如根據上述說明所理解般，於上述傾斜角之範圍之晶圓 lie中，晶圓lie之（0001)面與六方晶系氮化鎵系半導體be 之（0001)面之傾斜角（絕對值）為〇〇5度以上、2度以下時， 於六方晶系氮化鎵系半導體15c中，應變鬆弛得到抑制， 該III族氮化物半導體元件之六方晶系氮化鎵系半導體1 & 中之差排密度之增加得到抑制。 又，參照圖2之（c)部分時，六方晶系氮化鎵系半導體1 & 之<0001>方向表示為軸Ar。於穿透式電子束繞射像中，晶 圓lie之<0〇〇1>方向與軸Ar不同。對應於晶圓Uc之c軸向 量C而表示輔助軸Ar，以使角度差明顯。輔助軸Ar與向量 C所成之角度β與應變之内含相關，角度β之值實質上等於 角度α。當該等角度（絕對值）為〇 〇5度以上、2度以下時， 於六方晶系氮化鎵系半導體丨5c中，應變鬆弛得到抑制， 該III族氮化物半導體元件之六方晶系氮化鎵系半導體be ❹ 中之差排密度之增加得到抑制。又，六方晶系氮化鎵系半 導體15c於與晶圓llc之主面平行之面内彈性應變，故應變 鬆弛之產生得到抑制，晶圓11 c之<000 1 >方向與六方晶系 氮化鎵系半導體15(：之<〇〇〇1>方向不同。遍及晶圓Uc之整 — 個主面均滿足上述角度之關係。 圖3係表示六方晶系化合物之晶格常數與六方晶系氮化 鎵系半導體之晶格常數之關係之圖式。於圖3所示之材料 139551.doc -16· 200952046 中，六方晶系化合物之晶格常數大於六方晶系氮化鎵系半 導體之晶格常數。圖3之（a)部分至（c)部分所示之向量c表 不六方晶系化合物之c軸之方向，參照符號SSUBp、SLAYp 表示六方晶系化合物、六方晶系氮化鎵系半導體中之c 面。參照符號11a、lib、iic表示包含六方晶系化合物之 支持基體，參照符號l7a、17b、17c表示包含六方晶系氮 化鎵系半導體之半導體層。 參照圖3之（a)部分時，準備包含顯示極性之c面主面之晶 圓11a。六方晶系氮化鎵系半導體17a係應堆積於該晶圓 11a上者。六方晶系氮化鎵系半導體17&中固有之晶格常數 DLAYp»2小於晶圓lla之六方晶系化合物固有之晶格常數 DSUBP。該晶格常數係由&軸方向或_方向而規定。 Ο 參照圖3之（b)部分時，準備包含顯示非極性之a面主面 (或m面主面）之晶圓Ub。六方晶系氮化鎵系半導體仍係 應堆積於該晶mm上者。六方晶系氮化鎵系半導體m中 固有之曰曰曰格常數DLAYN2小於晶圓nb之六方晶系化合物之 晶格常數DSUBN。該晶格常數係由。轴方向而規定。 參照圖3之(c)部分時’準備包含顯示半極性之主面之晶 圓lie。晶圓ne含有包含該六方晶系化合物之主面，該主 面相對於六方晶系化合物之。面，以大於1〇度、小於度 之傾斜角而傾斜。六方晶系氮化鎵系半導體⑺係應堆積 於該晶圓lie上者。於包含傾斜主面之晶圓uc中，無法使 用與基本晶格相關之基本晶格中之軸方向，以圖3之⑷部 刀及(b)部分所不之方式來表示晶格常數，但六方晶系氮化 139551.doc -17- 200952046 鎵系半導體17c之基本晶格之尺寸DLAYH2與晶圓lie之六 方晶系化合物之基本晶格之尺寸DSUBh之關係與圖3之（a) 部分及（b)部分相同。 圖4係表示成長於六方晶系化合物之支持基體上之六方 晶系氮化鎵系半導體之半導體層之圖式。於圖3所示之村 料中’六方晶系化合物之晶格常數小於六方晶系氮化鎵系 半導體之晶格常數。圖4之（a)部分至（c)部分所示之向量^ 表示六方晶系化合物及六方晶系氮化鎵系半導體之c軸之 方向。將六方晶系氮化鎵系半導體堆積於晶圓lla' llb、 lie上時’形成六方晶系氮化鎵系半導體i9a、19b、19c。 /、方畢系鼠化錄系半導體17a、17b、17c固有之晶格常數 會根據晶圓11 a、11 b、11 c之晶格常數而產生變化。因 此 /、方晶系亂化蘇系半導體19a、19b、19c内含應變。 然而，於結晶成長中生成有差排之類之晶格缺陷時，會因 此產生應變鬆弛，從而使結晶品質劣化。因此，不希望產 生應變鬆弛。 參照圖4之（c)部分時，顯示半極性之六方晶系氮化鎵系 半導體19c亦内含應變。應變於未鬆弛之狀態下殘留於六 方晶系氮化鎵系半導體19c内時，與成長於c面、a面及瓜面 上之六方晶系氮化鎵系半導體19&、19b不同，晶圓Uc之 結晶面例如c面S S U B c未平行於六方晶系氮化㈣半導體 19c之對應結晶面例如eSSLAY。，而是平行於參照面& 而延伸。肖角度差如以下所說明’可根據藉由χ射線繞射 測定之結果而理解。 139551.doc 200952046 ❹
於成長於晶圓lie上之六方晶系氮化嫁系半導體令生成 差排而產生應變鬆弛時，即，於差排之生成非常多時，以 六方晶系氮化鎵系半導體之結晶面例如C面SLAYC1平行於 晶圓11 b之結晶面例如c面S S UB c而延伸之方式，作為應變 鬆弛之結果，六方晶系氮化鎵系半導體產生變形。例如， 當六方晶系化合物為GaN時，六方晶系氮化鎵系半導體為 AlGaN、InAlGaN等。AlGaN之晶格常數依存於鋁組成， 但亦小於GaN之晶格常數。 當六方晶系氮化鎵系半導體19c亦内含應變時，即，差 排之生成或龜裂之產生非常少時，根據藉由χ射線繞射測 定之結果造行判斷，於六方晶系氮化鎵系半導體丨％中，c 面SLAYci與參照面^所成之傾斜角γ(絕對值）為0.05度以 上。又，傾斜角γ(絕對值）為2度以下。遍及晶圓m之整個 主面均滿足上述傾斜角之關係。 一面參照圖3及圖4—面所進行之說明，係例示性地表示 堆積於晶® He上之包含六方晶系氮化料半導體之單一 之半導體層而進行，雇戀* 應變之内含亦適合於晶圓Uc上成長 包含複數個半導體層之半導體積層之構造。 如：上述說明所理解’於上述傾斜角範圍之晶圓… 中’晶圓lie之（〇〇〇1)面盥丄曰 ；'、八方日日系氮化鎵系半導體19c之 (0001)面之傾斜角為〇〇5度以上、 氮化鎵系半導體19c中 又時，於六方晶系 物半導體元件之六方日日;:仔到抑制，該ΙΠ族氮化 ^ ^ , 日日’、虱化鎵系半導體19c中之差排密 又之曰加仔到抑制。例如， 田八方日日系虱化鎵系半導體為 139551.doc -19- 200952046 规aN、且晶圓lle係包含GaN時，該傾斜角係藉由晶圓 之GaN之（GGG1)面與半導體層之A1GaN2(_u面而規 定。A1GaN層之應變鬆弛之產生得到降低。為了滿足傾斜 角之關係，A1組成較好的是〇 2以下。 又’參照圖4之（c)部分時，六方晶系氮化録系半導體… 之<〇〇〇1>方向表示為軸4。於穿透式電子束繞射像中，晶 ❹ ^之〇〇〇1>方向與轴Ar不同。對應於晶圓11c之c轴向 里C而表不輔助軸Ar，以使角度差明顯。輔助轴^與向量 c所成之角度δ與應變之内含相關，角度5之值實質上等於 角度r當該等角度為0.05度以上、2度以下時，於六方晶 系氮化鎵系半導體19e中，應變鬆他得到抑制，賴族氮 化物半導體元件之丄士日么 仟之，、方晶系氮化鎵系半導體19c中之差排 密度之增加得到抑制。χ，六方晶系氮化嫁系半導體⑼ ;〃曰曰圓11 c之主面平行之面内彈性應變，故應變鬆弛之 產生得到抑制’晶圓llc之<〇〇〇1>方向與六方晶系氮化鎵 〇 系半導體⑼之<_卜方向不同。遍及晶圓山之整個主面 均滿足上述傾斜角之關係。 、作為用以形成半導體積層之六方晶系氮化鎵系半導體， 並非限疋於上述inGaN、A1GaN，亦可為化鹰心等。遍及 晶圓11 c之整個主面均滿足上述傾斜角之關係。 當上述磊晶晶1JE1、E2之半導體積層含有包含六方晶系 氮化鎵系半導體之活性層時，職氮化物半導體元件可為 發光二極體或半導體雷射之類之半導體發光元件。活性層 之光致發光光譜之峰值波長可處於彻nm以上、550⑽以 139551.doc •20· 200952046 下之波長範圍内。由該等磊晶晶圓E1、E2所製作之⑴族 氮化物半導體發光元件藉由彈性變形之半導體層之作用而 使差排密度之增加得到抑制，具有良好之發光特性。 於in族氮化物半導體發光元件用所製作之磊晶晶圓上製 作電極等而形成晶圓產物後，可對該晶圓產物進行分離而 製作多數個半導體發光元件。於半導體發光元件中，於藉 - 由晶圓llc之分離所形成之支持基體上之半導體積層内包 〇 含活性層。於發光二極體或半導體雷射之類之半導體發光 元件中，活性層係以包含具有400 nm以上、55〇 nm以下之 波長範圍内之發光峰值之電致發光的方式而設置。藉由抑 制差排密度之增加，III族氮化物半導體發光元件之發光特 性彳于良好。一貫施例中，活性層可含有包含井層及障壁 層之量子井構造。一實施例中，活性層例如包含111(}3]^井 層。為了實現400 nm以上、550 nm以下之波長範圍内之發 光，井層之銦組成之範圍較好的是〇〇7以上，井層之銦組 〇 成之範圍較好的是0.35以下。又，井層之厚度範圍較好的 是1.5 nm以上’井層之厚度之範圍較好的是1〇 nm以下。 晶圓lie亦可包含藍寶石或Sic等。於該m族氮化物半導 體元件中，包含上述材料之支持基體可利用已作說明之應 • 變鬆弛之抑制。例如，支持基體可包含Α面之藍寶石基板 與成長於該藍寶石基板上之〇&]^層。若使用A面藍寶石基 板，則以（10-12)為主面之GaN成長。一般認為，於差排密 度為1X10+8 cm·2左右以下之GaN磊晶膜中，於底層之η型 GaN層與InGaN層之間’可能會產生本發明之效果。 139551.doc 21 200952046 晶圓lie可包含氮化鎵系半導體。晶圓Uc之主面顯示半 極性。根據該III族氮化物半導體元件，晶圓1丨半導體 層15c、19c均係包含氮化鎵系半導體，故可於氮化鎵系半 導體支持基體上堆積良好之結晶品質之氮化鎵系半導體。 氮化鎵系半導體支持基體較好的是包含穿透差排密度為 lx 1〇7 cm·2以下之氮化鎵系半導體區域。穿透差排密度例 如可於氮化鎵系半導體支持基體之e面中而規定。可於低 差排之氮化鎵系半導體區域上進行氮化鎵系半導體之堆 積’源自晶圓之差排較少’故難以產生應變鬆弛。 又，當晶圓11C係包含GaN時，傾斜角α、γ係藉由支持基 體lie之GaN之（0001)面與半導體層15c、i9c之六方晶系氮 化鎵系半導體之（〇〇〇”面而規定。可利用良質且大口徑之 GaN晶圓，故難以產生因源自該GaN晶圓之差排所導致之 應變鬆弛。於包含顯示半極性之主面之GaN晶圓中，遍及 整個主面而分布有傾斜角。與有無分布傾斜角無關而滿足 關於傾斜角α、γ之規定。 圖5係概略地表示應用本實施形態之發光二極體之構造 之圖式。發光二極體21a包含支持基體23、及設置於支持 基體2；3之主面23a上之半導體積層；25a。支持基體23之主面 23a相對於c面，以大於1〇度、小於8〇度之傾斜角而傾斜。 支持基體23可由單晶所構成。半導體積層25a包含具有4〇〇 nm以上、5 5 0 nm以下之波長範圍内之發光峰值之活性層 27 ^活性層27設置於η型氮化鎵系半導體區域“與卩型氮化 鎵系半導體區域31之間。η型氮化鎵系半導體區域29包含 139551.doc •22· 200952046 缓衝層33a與n型GaN層33b。p型氮化鎵系半導體區域31包 含電子阻擋層35a及接觸層35b。活性層27含有包含交替排 列之井層37a及障壁層371?之多重量井構造。於接觸層35b 上·»又置有稱為％極之第1電極39a’於支持基體23之背面 2%上設置有稱為陰極之第2電極39b。 以下表示一例之發光二極體（LED，Hght emiuing di〇de) • 之構造。 支持基體23 : η型GaN基板 ® 緩衝層 33a :添加 Si之η型 Alo.MGao.wN、50 nm η型 GaN層 33b :添加 Si之η型 GaN、2 μιη 井層37a ·非摻雜！n〇 18Ga〇 82N層、5 nm、3層 障壁層3 7b :非摻雜GaN層、13 nm 電子阻檔層35a :添加Mg之p型AlG.〇8GaG.92N層、20 nm 接觸層35b :添加Mg之p型GaN、50 nm。 於圖5中表示軸Aw，該軸ars表示GaN支持基體之c軸之 φ 方向。GaN支持基體之（0001)面（圖5中所示之參照面sR3)與
AlGaN緩衝層33a之（〇〇〇1)面之傾斜角a為〇.05度以上，傾 斜角A為2度以下。又，GaN支持基體之（〇〇〇1)面（圖5中所 示之參照面SR4)與井層37&之（0001)面之傾斜角b為〇 〇5度 以上，傾斜角B為2度以下。傾斜角a及傾斜角b相對於 GaN支持基體之(^面，彼此朝相反方向傾斜。遍及支持基 體23之整個主面均滿足傾斜角之關係。 圖6係概略地表示應用本實施形態之半導體雷射之構造 之圖式。半導體雷射21b包含支持基體23、及設置於支持 339551.doc •23- 200952046 基體23之主面23a上之半導體積層25b。支持基體23可包含 對應於活性層之發光區域之位置所設置之單晶區域。半導 體積層25b包含η型氮化鎵系半導體區域41、光波導區域45 及Ρ型氮化鎵系半導體區域51❶光波導區域45設置於η型氮 化鎵系半導體區域41與ρ型氮化鎵系半導體區域5丨之間。 光波導區域45包含活性層47a，活性層47a設置於光導層 47b、47c之間。活性層47a於400 nm以上、550 nm以下之 波長範圍内具有振盪波長。活性層27含有包含交替排列之 井層49a及障壁層49b之多重量井構造。n型氮化鎵系半導 體區域41包含η型包覆層43。ρ型氮化鎵系半導體區域51包 含電子阻擋層53a、ρ型包覆層53b&p型接觸層53c。於接 觸層53c上設置有稱為陽極之第丨電極55a，於支持基體23 之背面23b上設置有稱為陰極之第2電極55b。 以下表示一例之半導體雷射（LD，Laser Diode)之構造。 支持基體23 : η型GaN基板 η型包覆層43 :添加Si之η型Al0.03Ga0.97N層' 2 μιη η側光導層 47b:非摻雜ln() ()2Ga() 98N層、i〇〇nm 井層 49a .非換雜 In〇.〇8Ga〇.92N層、5 nm、3 層 障壁層49b :非摻雜GaN層、1 5 nm P側光導層47c.非摻雜inGG2GaQ98N層、i〇〇nm 電子阻擋層53a :添加Mg之ρ型A1q 18GaQ82N層、2〇 nm ρ型包覆層53b :添加Mg之ρ型A1〇 ()6Ga() 94N層、4〇〇 nm 接觸層53c :添加Mg之ρ型GaN、50 nm。 於圖6中表示軸Aw，該軸Aju表示GaN支持基體之c轴之 139551.doc •24· 200952046 方向。GaN支持基體之（0001)面與η型包覆層43&之（〇〇〇1)面 (圖6中所示之參照面、5)之傾斜角（：為〇〇5度以上，傾斜角 C為2度以下。又，GaN支持基體之（〇〇〇1)面（圖6中所示之 參照面SR6)與光導層49a、491?之（〇〇〇1)面之傾斜角〇為〇 〇5 度以上，傾斜角1)為2度以下。傾斜角A及傾斜角b相對於 GaN支持基體之(；面，彼此朝相反方向傾斜。遍及支持基 體23之整個主面均滿足傾斜角之關係。
(實施例） 藉由有機金屬氣相沈積法製作發光二極體。圖7及圖8係 表不包含發光二極體之製作方法之主要步驟之步驟流程之 圖式。於原料中使用：三甲基鎵、三曱基鋁 (TMA)、三曱基銦（TMI)、氨（nhj、矽烷（siH4)、雙環戊 —稀基鎂（CP2Mg)。 如步驟流程1〇〇之步驟S101所示，準備下述之GaN晶 圓。
GaN晶圓、m軸方向傾斜角、a轴方向傾斜角 °116' 16.4 度、 0.2 度 m26、 26.4 度、 〇1度 傾斜角係藉由X射線繞射法而決定。 於成長爐内之晶座上配置GaN晶圓瓜16、m26。以如下 順序進行成長。於步驟81〇2中，一面將成長爐内之壓力控 制為101 kPa’ 一面向成長爐内供給^^與仏，以攝氏1〇5〇 度之基板溫度進行熱處理。熱處理係用以清洗，其時間為 10分鐘。繼而’於步驟8103中，供給腿3、TMA、TMG、 139551.doc -25- 200952046
SiH4，使AlGaN緩衝層成長50 nm。接著，停止供給 TMA，同時繼續供給NH3、TMG、SiH4，成長厚度為2000 nm之摻雜Si之GaN層，然後停止供給NH3、TMG、SiH4。 將基板溫度降至攝氏700度左右。於該溫度下，供給NH3、 TMG、TMI、SiH4，成長厚度為50 nm之摻雜Si之InGaN層 缓衝層。其次，成長發光層。發光層含有包含厚度為15 nm之GaN障壁層及厚度為5 nm之InGaN井層之3週期之多重 量子井構造。其後，停止供給TMG與TMI後，使基板溫度 上升至攝氏1000度。於該溫度下，將TMG、TMA、NH3、 參 CP2Mg導入至成長爐内，成長厚度為20 nm之掺雜Mg之p型 AlGaN。其後，停止供給TMA，同時將TMG、NH3、 CP2Mg供給於成長爐内，成長厚度為50 nm之p型GaN層。 其後，降至室溫，自成長爐内取出磊晶晶圓。使用GaN晶 圓ml 6、m26所製作之蟲晶晶圓El 6、E26之構造與圖5所示 之LED之磊晶構造相同。 於室溫下，對磊晶晶圓E16、E26之光致發光（PL)光譜進 行評估。於激發光中使用325 nm之He-Cd雷射。試料位置 〇 之雷射功率為1 mW，點徑約為200 μπι。圖9表示代表之PL 光譜PLml6、PLm26。磊晶晶圓Ε16之發光峰值波長為500 . nm，蟲晶晶圓E26之發光峰值波長為495 nm。 於步驟S104中，進行磊晶晶圓E16之藉由X射線繞射法 之評估。入射X射線之狹縫尺寸為縱0.2 mm橫2 mm。將傾 斜方向對準X射線之入射方向後，調整平台之高度，進行 使用（20-25)面之立轴，將（0002)面之偏移角設置為零。 139551.doc -26- 200952046 於步驟S105中，進行（0002)面之倒晶格映射（reciprocal lattice mapping)測定。圖10表示藉由測定所得之ml 6之倒 晶格映射。縱軸表示c軸之晶格常數之逆數乘以係數所得 者，橫軸表示a軸之晶格常數之逆數乘以係數所得者。於 倒晶格映射中包含GaN基板之繞射點、InGaN層之繞射點 及AlGaN層之繞射點。 於步驟S106中，進行倒晶格映射像之解析。根據倒晶格 映射像，顯示：相對於GaN基板峰值，InGaN層及AlGaN 層之繞射點不存在於ω-2θ面内。即，GaN之<0001〉方向與 InGaN之<0001>方向不同，又，GaN之<0001>方向與 AlGaN之<0001〉方向不同。進而，於步驟S107中，InGaN 層之（0001)面與GaN層之（0001)面形成約0.45度之角度，而 並未平行。又，AlGaN層之（0001)面與GaN層之（0001)面形 成約0.1度之角度，而並未平行。 繼而，對磊晶晶圓E26進行使用穿透式電子束顯微鏡之 評估。試料之加工係藉由聚焦離子束（FIB，Focus Ion Beam)法而進行，藉由離子研磨法去除損壞。電子束之入 射方向為與角度之傾斜方向正交之<11-20>方向（a軸方 向）。電子束之加速電壓為200 kV。圖11係表示圖5所示之 m26之LED構造中之活性層附近之放大像之圖式。根據穿 透式電子束顯微鏡像，顯示可形成井寬約為5 nm之3週期 量子井構造。又，形成無差排、高品質之活性層。 繼而’為了獲得晶格面相關之信息’進行限制視場電子 束繞射。限制視場光闌之直徑為0.1 μιη。圖12係表示磊晶 139551.doc -27- 200952046 晶圓E26之構造與對應於該構造之測定點之圖式。圖13係 表示於3個測定點中所得之繞射圖案之圖式。參照圖13之 (a)部分時，基板之<0001 >方向如設計般，顯示自正上方 向左傾斜僅約26度之角度。參照圖13之（b)部分時，n-GaN 層亦顯示相同之圖案。由圖13之（a)部分及（b)部分之圖案 可知，GaN層相對於GaN晶圓成長為蟲晶。如圖13之（c)部 分所示，對包含活性層之區域亦進行相同之觀察。圖14之 (a)部分及（b)部分表示測定點SAD2、SAD3中之電子束繞射 像。圖15之（a)部分及（b)部分分別表示圖14之（a)部分及（b) 部分所示之測定點SAD2、SAD3中之電子束繞射像之放大 像。參照圖15之（a)部分及（b)部分時，於表示包含活性層 之觀察區域之圖15之（b)部分之放大像中，於倒晶格點存在 垂直於基板表面方向而延伸之側緣。一般認為，其係來自 InGaN及AlGaN之繞射。該等側緣顯示，InGaN之<0001〉 方向不與GaN之<0001>方向一致。因此，可知，InGaN層 之（0001)面不與GaN層之（0001)面平行。 根據進行X射線繞射像之測定及/或穿透式電子束顯微鏡 像之測定之測定數據，於磊晶晶圓中，對GaN之特定之結 晶面及結晶軸之朝向與不同於GaN之氮化鎵系半導體（例如 InGaN、AlGaN、AlInGaN)之特定結晶面及結晶轴之朝向 進行比較，預估氮化鎵系半導體之結晶之應變。於步驟 S 1 08中，判斷該應變鬆弛是否處於所需之範圍内。當該應 變鬆弛為所需值以下時，可判斷磊晶晶圓為良品。於步驟 S 109中，繼續進行用以製作裝置之製程。例如，於步驟 139551.doc • 28 - 200952046 S110 中，
Sill 中， 進行用以形成半導體元件 當該應變鬆弛大於所需值 止0 之電極之形成。於步驟 時，磊晶晶圓之處理停
根據上述實施例及其他實驗可知，若支持基體之六方晶 系化合物以麵）面與半導體層之六方晶系氮化鎵李 體之（οοου面之傾斜角為m，則應變鬆弛得到抑制， 可提供-種良好特性之發光㈣1傾斜角為G05度以 上’則可利用X射線繞射確實地進行驗證。 圖16之⑷部分表示InGaN中之傾斜角之計算值之例示。 箭頭Angie表示傾斜角範圍，「口」表示m軸方向傾斜 D組成為0.35時之傾斜角’符號「♦」表示a轴方向傾斜 及111組成為〇·35時之傾斜角，符號「△」表示a軸方向傾斜 及匕組成為0·07時之傾斜角。於用以獲得包含於彻_ 上、550 nm以下之波長範圍内之峰值波長之光之產生的磊 晶積層中，In組成較好的是為例如約為〇〇7以上、〇 μ以 下之範圍。關於傾斜角之下限’例如a方向之傾斜角為切 度及In組成為0.07時約為〇.〇5度。可利用χ射線繞射進行驗 證之最小值為該程度之值。關於傾斜角之上限，例如出方 向之傾斜角為43度及Ip組成0.35中約為16度。 圖16之（b)部分表示AlGaN中之傾斜角之計算值之例示。 箭頭Angle表示傾斜角範圍。符號「□」表示m軸方向傾斜 及A1組成為0.2時之傾斜角，符號「命」表示a軸方向傾斜 及A1組成為0.2時之傾斜角，符號「△」表示a軸方向傾斜 及A1組成為0.02時之傾斜角。於用以獲得包含於4〇〇 ^爪以 139551.doc -29- 200952046 上、550 nm以下之波長範圍内之峰值波長之光之產生的蠢 晶積層中，A1組成較好的是為例如約〇.〇2以上、〇 2以下之 範圍。以與InGaN相同之要領，對AlGaN求出傾斜角時’ 關於傾斜角之下限’例如於a方向傾斜角為1〇度及於八丨組 成為0.02時約為0.005度。其係於X射線繞射中低於驗證極 限之值。關於傾斜角之上限，例如於瓜方向傾斜角為43度 及於A1組成為0.2時，約為〇.3度。 傾斜角之計算例如係以如下順序進行。（1)決定111(3&1^磊 晶膜之In組成或AlGaN磊晶膜之A1組成中之一者。（2)求出 產生應變之InGaN或AlGaN之c軸之晶格常數。（3)於上述蟲 晶膜與六方晶系結晶晶圓中，以（〇〇〇丨）面為基準求出各自 之（hikl)面之角度。（4)求出磊晶膜之（11^1}面之角度與六方 晶系結晶晶圓之（hikl)面之角度之差。藉此可獲得傾斜角 之值。再者，為了避免複雜之計算，傾斜角△ θ(磊晶膜 (0001)-晶圓（0001))與成長於c面上之磊晶膜之某指數之結 晶面中之傾斜角[磊晶膜（hkil)_晶圓（hkil)]相同，故進行近 似之计算。可根據该順序，對InAlGaN進行相同之計算。 可確認，於產生應變鬆弛之發光元件中會產生如下裝置 特性之惡化，即，發光效率降低2成以上，低電流時之洩 漏電流增加，裝置壽命變短等。因此，於半極性面上之裝 置中，使其不產生應變鬆弛較為重要。 尤其是，關於通電中之裳置壽命，六方晶之_之差排 ::動面為(0001)。因此，於c面上裝置中，滑動面與成長 平行故難以產生裝置動作中之新的差排之增殖。然 13955 丨.doc 200952046 而，於半極性面上裝置中，成長面與（〇〇〇1)交叉故推定 較C面上之裝置，其更容易產生裝置動作中之新的差排之 增殖。因此，有必要抑制磊晶成長層之應變鬆弛。 一般，關於氮化物發光元件，先前進行使用c面基板之 裝置方面之研究、開發。與該情形相比，於使用半極性面 之裝置之製作中，有必要大幅度變更磊晶膜之成長條件。 ' 具體而言，於InGaN中，1η組成降低，於AlGaN中，A1組 ❹ 成降低。因此，與c面上之成長條件相比，於InGaN之成長 中，最好的是以50〜15〇度（攝氏之溫度單位系）左右之溫度 差低於c面中之結晶成長溫度之值，於AiGaN之成長尹， 最好的是以1〇〜50度（攝氏之溫度單位系）左右之溫度差高 於c面中之結晶成長溫度之值。於該方面，關於成長發光 兀件構造之溫度序列，與c面之情形相比，與半極性面之 情形存在很大不同。 於上述實施形態中，對本發明之原理進行了圖示說明， 〇 本領域人員認識到，本發明可於不脫離上述原理之範圍内 對配置及詳細内容進行變更。本發明並不限定於本實施形 態中所揭示之特定構成。因此，對源自專利申請範圍及其 • 精神範圍之所有修正及變更方面申請權利。 產業上之可利用性 如以上所說明，根據本發明之一態樣，可提供一種m族 氮化物半導體元件。關於該III族氮化物半導體元件，於利 用半極性之氮化鎵系半導體中，可抑制因應變鬆弛所導致 之差排之產生。又，根據本發明之其他態樣，可提供一種 139551.doc -31 · 200952046 用以形成該III族氮化物半導體元件之磊晶晶圓。 【圖式簡單說明】 圖1(a)至圖1(c)係表示六方晶系化合物之晶格常數與六 方晶系氮化鎵系半導體之晶格常數之關係之圖式。 圖2(a)至圖2(c)係表示成長於六方晶系化合物之支持基 體上之六方晶系氮化鎵系半導體之半導體層之圖式。 圖3(a)至圖3(c)係表示六方晶系化合物之晶格常數與六 方晶系氮化鎵系半導體之晶格常數之關係之圖式。 圖4(a)至圖4(c)係表示成長於六方晶系化合物之支持基 體上之六方晶系氮化鎵系半導體之半導體層之圖式。 圖5係概略地表示應用本實施形態之發光二極體之構造 之圖式。 圖6係概略地表不應用本實施形態之半導體雷射之構造 之圖式。 之主要步驟的步 圖7係表示包含發光二極體之製作方法 驟流程之圖式。 法之主要步驟的步 圖8係表示包含發光二極體之製作方 驟流程之圖式。 圖9係表示代表之PL光譜之圖式。 圖1〇係表示藉由測定所得之倒晶袼映射像之圖式。 像之圖式 圖12(a)、圖12(b)係表示 構造之測定點之圖式。 圖U係表示圖5所示之LED構造中之活性層附近之放大 蟲晶晶UE26之構造及對應於該 139551.doc -32· 200952046 圖13(a)至圖13(c)係表示於3個測定點中所得之繞射圖案 之圖式。 圖（a)圖14(b)係表示蠢晶晶圓中之電子束繞射像之 圖式。 圖15(a)、圖⑽）係表示蟲晶晶圓中之電子束繞射之放 大像之圖式。 圖16(a)、圖16(b)係表示InGaN&A1GaNt之傾斜角之計 算值之例示之圖式。
【主要元件符號說明】 11a, lib, 11c 13a, 13b, 13c 15a, 1 5b, 15c 17a, 17b, 17c 包含六方晶系化合物之晶圓 包含六方晶系氮化鎵系半導體之半 導體層 六方晶系氮化鎵系半導體 包含六方晶系氮化鎵系半導體之半 導體層 19a, 19b, 19c 六方晶系氮化鎵系半導體 21a 發光二極體 21b 半導體雷射 23 支持基體 25a, 25b 半導體積層 27 活性層 29 n型氮化鎵系半導體區域 31 Ρ型氮化鎵系半導體區域 33a 緩衝層 13955l.doc -33- 200952046 33b n型GaN層 35a 電子阻擋層 35b 接觸層 37a 井層 37b 障壁層 41 η型氮化鎵系半導體區域 43 η型包覆層 45 光波導區域 47a 活性層 47b η側光導層 47c ρ側光導層 49a 井層 49b 障壁層 51 Ρ型氮化鎵系半導體區域 53a 電子阻擋層 53b Ρ型包覆層 53c 接觸層 Ar 輔助軸 c 六方晶系化合物之c軸之方向 DLAYhi, DLAYh2 六方晶系氮化鎵系半導體之晶格常數 dlayn1 六方晶系氮化鎵系半導體之晶格常數 DLAYP1, DLAYP2 六方晶系氮化鎵系半導體之晶格常數 DSUBh 半極性面晶圓之六方晶系化合物之 晶格常數 139551.doc -34- 200952046 DSUBn 極性面晶圓之六方晶系化合物之晶 格常數 DSUBp 非極性面晶圓之六方晶系化合物之 晶格常數 SLAYc 六方晶系氮化鎵系半導體中之c面 SLAYci, SLAYci 六方晶系氮化鎵系半導體之c面 Sri, Sr2 參照面 SSUBc 六方晶系化合物中之c面
SSUBc 晶圓之c面 a c面SLAYC1與參照面SR1所成之傾斜角 β 軸AR與向量C所成之角度 γ c面SLAYC!與參照面SR2所成之傾斜角 δ 輔助軸AR與向量C所成之角度
139551.doc -35-

Claims (1)

  1. 200952046 七、申請專利範圍： 1. 一種ΙΠ族氮化物半導體元件，其特徵在於包含： 支持基體，其係包含主面，該主面係對於六方晶系化 合物之(:面以大於10度小於80度之傾斜角傾斜，且包含 該六方晶系化合物；及 半導體區域，其係包含半導體層，該半導體層係設置 於上述支持基體之上述主面上，且包含與上述六方晶系 化合物不同之六方晶系氮化鎵系半導體； ^ 上述支持基體之上述六方晶系化合物之（〇〇〇 1)面與上 述半導體層之上述六方晶系氮化鎵系半導體之（〇〇〇1)面 之傾斜角為+0.05度以上+2度以下、-〇.〇5度以下_2度以 上； 上述半導體層之上述六方晶系氮化鎵系半導體為 AlGaN及InGaN中之任一者。 2. 如請求項1之III族氮化物半導體元件，其中 ，上述半導體區域含有包含六方晶系氮化鎵系半導體之 活性層； 上述活性層以來自上述活性層之光之峰值波長包含於 400 nm以上550 nm以下之波長範圍内之方式設置； 上述活性層包含InGaN井層； β亥III族氮化物半導體元件為發光二極體或半導體雷 射。 3. 如請求項1或2之III族氮化物半導體元件，其中 上述支持基體包含藍寶石、SiC及GaN中之任一者。 139551.doc 200952046 4. 如請求項1至3中任一項之in族氮化物半導體元件，其中 上述支持基體包含氮化鎵系半導體； 上述主面顯示半極性。 5. 如請求項1至4中任一項之ΠΙ族氮化物半導體元件，其中 上述支持基體包含貫穿差排密度lxlO7 cm·2以下之氮 化鎵系半導體區域。 6. 如請求項1至5中任一項之m族氮化物半導體元件，其中 上述支持基體之上述六方晶系化合物為GaN ; 上述傾斜角係由上述支持基體之GaN之（oooi)面與上 述半導體層之上述六方晶系氮化鎵系半導體之（〇〇〇1)面 所規定。 7·如請求項6之III族氮化物半導體元件，其中 上述半導體層之上述六方晶系氮化鎵系半導體為 InGaN ； 上述傾斜角係由上述支持基體之GaN之（〇〇〇 1)面與上 述半導體層之InGaN之（0001)面所規定。 8. 如請求項6之III族氮化物半導體元件，其中 上述半導體層之上述六方晶系氮化鎵系半導體為 AlGaN ； 上述傾斜角係由上述支持基體之GaN之（〇〇〇 1)面與上 述半導體層之AlGaN之（0001)面所規定。 9. 如請求項6至8中任一項之III族氮化物半導體元件，其中 於穿透式電子束繞射像中，上述支持基體之上述^心 之<0001>方向與上述六方晶系氮化鎵系半導體之<〇〇〇1> 139551.doc 200952046 方向不同。 10·如請求項1至9中任一項之III族氮化物半導體元件，其中 上述六方晶系氮化鎵系半導體於與上述支持基體之上 述主面平行之面内彈性應變。 11. 如請求項1至10中任一項之III族氮化物半導體元件，其 t ' 上述支持基體包含A面之藍寶石基板、及成長於該藍 寶石基板上之GaN層。 12. —種磊晶晶圓，其特徵在於包含·· 晶圓，其係包含主面’該主面係對於六方晶系化合物 之c面以大於1〇度小於8〇度之傾斜角傾斜，且包含該六 方晶系化合物；及 半導體區域’其係包含半導體層，該半導體層係設置 於上述晶圓之上述主面上，且包含與上述六方晶系化合 物不同之六方晶系氮化鎵系半導體； ❹ 上述晶圓之上述六方晶系化合物之（〇〇〇 1)面與上述半 導體層之上述六方晶系氮化鎵系半導體之（0001)面之傾 斜角為+0.05度以上+2度以下、-0.05度以下_2度以上； 上述半導體層之上述六方晶系氮化鎵系半導體為 ' AlGaN及InGaN中之任一者。 13. 如請求項12之磊晶晶圓，其令 上述半導體區域含有包含六方晶系氮化鎵系半導體之 活性層； 上述活性層之光致發光光譜之峰值波長處於400 139551.doc 200952046 上550 nm以下之波長範圍内。 14. 如請求項12或13之磊晶晶圓，其中 上述晶圓包含藍寶石、SiC及GaN中之任一者。 15. 如請求項12至14中任一項之磊晶晶圓，其中 上述晶圓包含氮化鎵系半導體； 上述主面顯示半極性。 16·如請求項12至15中任一項之磊晶晶圓，其中 上述晶圓包含貫穿差排密度lxl〇7 cm-2以下之氮化鎵 系半導體區域。 1 7.如請求項12至16中任一項之蟲晶晶圓，其中 上述晶圓邊緣上之2點間之距離之最大值為45 上； 上述晶圓之上述六方晶系化合物為GaN ; 上述傾斜角係由上述晶圓之GaN之（〇〇〇 1)面與上述半 導體層之上述六方晶系氮化鎵系半導體之（〇〇〇丨）面所規 定。 1 8.如請求項17之磊晶晶圓，其中 上述半導體層之上述六方晶系氮化鎵系半導體為 InGaN ； 上述傾斜角係由上述晶圓之GaN之（0001)面與上述半 導體層之InGaN之（0001)面所規定。 19.如請求項17之磊晶晶圓，其中 上述半導體層之上述六方晶系氮化鎵系半導體為 AlGaN ； 139551.doc 200952046 上述傾斜角係由上述晶圓之GaN之（〇〇〇1)面舆上述半 導體層之AlGaN之（〇〇〇1)面所規定。 20.如請求項17至19中任一項之磊晶晶圓，其中 於穿透式電子束繞射像中，上述晶圓之上述之 <〇〇〇1>方向與上述六方晶系氮化鎵系半導體之<0001>方 向不同。 . 21 ·如請求項12至20中任一項之磊晶晶圓，其中 ❹ 上述六方晶系氮化鎵系半導體於與上述晶圓之上述主 面平行之面内彈性應變。 22. —種III族氮化物半導體元件，其特徵在於包含： 支持基體，其係包含主面，該主面係對於六方晶系化 合物之c面以大於10度小於8〇度之傾斜角傾斜，且包含 s亥六方晶系化合物；及 半導體區域，其係包含半導體層，該半導體層係設置 於上述支持基體之上述主面上，且包含與上述六方晶系 φ 化合物不同之六方晶系氮化鎵系半導體； 於穿透式電子束繞射像中，表示上述六方晶系化合物 . 之<0 0 01 >方向之第1軸係沿著與表示上述六方晶系說化 鎵系半導體之<0001>方向之第2軸不同的方向延伸。 ' 23 · —種蟲晶晶圓，其特徵在於包含： 晶圓，其係包含主面，該主面係與六方晶系化合物之 C面以大於10度小於80度之傾斜角傾斜且包含該六方 晶系化合物；及 半導體區域’其係包含半導體層，該半導體層係設置 139551.doc 200952046 於上述晶圓之上述主面上，且包含與上述六方晶系化合 物不同之六方晶系氮化鎵系半導體； 於穿透式電子束繞射像中，表示上述六方晶系化合物 之<0001>方向之第1軸係沿著與表示上述六方晶系氮化 鎵系半導體之<〇〇〇 1>方向之第2軸不同的方向延伸。 139551.doc
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